SIECI LAN (2)
Standard transmisji RS-232, rys.5.2
Jest to standard dotyczący transmisji asynchronicznej: nie wymaga koordynacji nadawca-odbiorca, nadawanie jest możliwe w każdej chwili (jeśli w linii jest 0 napięcia, stan „stop”).
Transmisję rozpoczyna bit 1 start o napięciu +15 V lub mniejszym. Czasy trwania bitów są określone i stanowią o szybkości transmisji, np. 19,2 kb/s « ~50us. Szybkość ta jest wcześniej uzgadniana.
Znakiem końca transmisji jest dodatkowy bit 0, tzw. stop. W zakres właściwego znaku ASCII (bez startu i stopu) wchodzi 7 bitów, określających 27=128 stanów (liter, znaków alfanumer.)
Transmisja dupleksowa
Schemat połączenia dano na rys.5.3. Standard RS 232 opisuje złącze o 25 wyprowadzeniach, Ma specjalne przewody do sterowania (przerywania) transmisji. Komputer wysyła dane przez nóżkę 2, T, a odbiera przez 3, R (dla ciekawości – modem odwrotnie). Masa występuje zawsze na nóżce 7, G. Łącząc modem z komputerem, łączymy 2-2, 3-3 i 7-7.
Urządzenia dostosowujące kanały analogowe do transmisji cyfrowej. Adaptacja polega na dodaniu korektorów, które mają charakterystykę przenoszenia, zwaną transmitancją w przybliżeniu odwrotną do danej, Hk(f)=H-1(f). Wobec tego transmitancja wynikowa
H=H×H-1=1 i nie powoduje zniekształceń.
W rzeczywistym łączu, zwłaszcza odpowiednio długim, występują pojemności, które opóźniają narastanie i przeciągają opadanie impulsów, rys.5.4. Niewielkie zniekształcenia są neutralizowane przez detekcję impulsów na połowie ich wysokości.
Przy dużych szybkościach transmisji impulsy się jednak na tyle zwężają, że po stronie odbiorczej trudno je odróżnić od szumów, rys5.4. Shannon określił maksymalną bezbłędną szybkość transmisji
gdzie B- pasmo transmisji; S – moc sygnału; N – moc szumów (w danym paśmie B).
Przykłady:
Jeśli S/N=15 (17 dB), C=4B (40 kb/s) Jeśli S/N=1, C=B Jeśli S/N<<1, C®0
W nowoczesnych systemach stosuje się transmisję grupami znaków (znak=8 bitów). Grupa nosi nazwę pakietu i zawiera przeciętnie 1000B (8000 bitów). Taki system ma na celu:
- umożliwienie równego (demokratycznego) dostęp wielu użytkownikom do medium (sieci)
- umożliwienie poprawiania tylko błędnych fragmentów komunikatu drogą ARQ
Dwa rodzaje, Ad Hoc i Access Point
Pozytywne potwierdzanie ramek, ACK oraz RTS i CTS (acknowledgment, request to send, clear to send). Węzeł ukryty (3) – taki, który znajduje się poza zasięgiem stacji nadającej (1), a blisko stacji odbierającej (2), który mógłby wprowadzać zakłócenia na linii 1-2. Sygnały CTS ze stacji (2) uciszają wtedy potencjalnego intruza (zabraniają dostępu).
Cykl komunikacji ma przebieg: RTS-CTS-Ramka-ACK.
DCF - dostęp rywalizacyjny (Distributed Coordination Function). Stacja sprawdza przed emisją, czy jest cisza w eterze. Jeśli tak, emituje losowe okno rywalizacji. Najkrótsze okno przechwytuje medium. Zwykle po oknie nakładane są jeszcze sygnały RTS/CTS dla uciszenia stacji ukrytych. PCF – dostęp uprzywilejowany (Point Coordination Function). Specjalna stacja zwana Access Point zapewnia, że nośnik jest udostępniony bez rywalizacji (w sieciach strukturalnych, nie Ad Hoc).
NAV (network alocation vector) – wektor alokacji. Ramki mają pole duration pozwalające zarezerwować nośnik na określony czas. Stacja ustala NAV na czas, przez jaki spodziewa się korzystać z medium (przesyłać wiadomości). Uruchamiany jest zegar. Z chwilą osiągnięcia stanu NAV=0 następuje kolejna rywalizacja i emisja, rys.3.5.
Okno rywalizacji
Węzeł sieci
Węzeł, czyli szeregowa stacja (laptop) z oprogramowaniem jest w sieci bezprzewodowej najważniejszym ogniwem całej struktury. Do węzła napływają pakiety z sieci (uptarget) i wypływają (downtarget), rys.5. W warstwie fizycznej (channel) występują one jako sygnały ciągłe (zmienne pola elektromagnetyczne), we wnętrzu węzła – jako dyskretne stany 1/0. Wobec tego, miedzy jedną, a drugą warstwą musi występować interfejs, NetIF, rys.5. Interfejs ten korzysta z bloku Radio Propagation Model, który nadaje sygnałom (wychodzącym) odpowiednią moc, częstotliwość, fluktuacje losowe itp.
Rys.5. Schemat węzła ruchomego (MobileNode). Pakiety przychodzące (uptargets) wędrują via NetIF, LL, Entry do ujścia Sink, jeśli dany węzeł jest ich przeznaczeniem. W przeciwnym razie, odpowiedni klasyfikator kieruje dalej pakiet wgłąb sieci. Pakiety wychodzące powstają w SourceAgent i są kierowane via RA (Router Agent), LL, IFq i MAC do kanału (channel).
Pakiet, to ramka opatrzona nagłówkiem. Funkcjonowanie sieci - w danym przypadku łącza jednoprzęsłowego - opisują raporty (tzw. trace-output file), tablica Ia. Można jednocześnie dzięki tzw. animacji (nsnam) oglądać ruch pakietów od węzła do węzła oraz ruch samych węzłów, rys.6. Pakiety informacyjne są przedstawiane ruchomymi strzałkami, sygnały pomocnicze, jak RTS, CTS, ACK – krótkimi kreseczkami, a tzw. sygnały śladowe, np. MAC-Trace – ruchomymi okręgami współśrodkowymi.
Rys.6. Ilustracja animacji procesów komunikacyjnych w sieci bezprzewodowej jednoprzęsłowej.
W tablicy Ia przedstawiono chronologicznie przebieg procesów nawiązywania łączności oraz transmisji pakietów między węzłami nr 0 i 1 za pomocą tzw. sygnałów śladowych RouterTrace (RTR). W momencie startu (czas 0.0) obie stacje 0 i 1 pozostają w dużej odległości od siebie: x0=y0=1m, x1=y1=150m, stąd dystans 0-1»210m. Wobec tego nie udaje się stacjom nawiązać pewnej łączności dla przesyłania pakietów.
W chwili t=1s następują założone programem przemieszczenia stacji: nr 0 przechodzi do punktu x0=y0=25m, a 1- do x1=y1=125m, co oznacza zbliżenie na odległość 141m. W momencie t=2.0s węzeł 0 wysyła krótki pakiet 2tcp60. W niespełna 5ms później uzyskuje potwierdzenie odbioru przez stację 1 w postaci pakietu 3ack60 (obowiązuje zasada powiększania numeru o 1, aby w sieci nie krążyły dwa lub więcej pakietów o tym samym numerze; zachowana jest natomiast odpowiedniość tcp60-ack60).
Począwszy od momentu t=2.007s następuje regularna transmisja pakietów informacyjnych tcp1060 od węzła 0 do 1. Pierwsza emisja dwu dużych pakietów z węzła 0 - 4tcp1060+5tcp1060 ma miejsce dokładnie o czasie 2.0071s. Zgodnie z zadanym w programie opóźnieniem 10ms węzeł 1 potwierdza odbiór tych pakietów po 10ms, tj. w chwili t=2.0071+0.01=2.0171s, pakiet 6ack60.
Ten cykl nadawanie-odbiór (tcp1060–ack60) powtarza się aż do zakończenia transmisji, tj. do chwili, gdy oddalająca się ponownie stacja 1 przekracza granicę dystansu ~260m w 2.32s
(ciekawe, że nawiązanie łączności następuje już przy d <210m, a jej utrata dopiero przy d>260m). Opisane wyżej procesy podano z dużym uproszczeniem, tj. bez pośrednictwa sygnałów RTS, CTS, AGT. Proces zilustrowano graficznie na rys.7.
Tab.Ia. Fragment raportu komunikacji w łączu (ślady RTR, ns2)
Oznaczenia: s- nadawanie (podkreślono – syg. wych. w eter); r – odbiór; 0.0292...czas; _1_ nr węzła; RTR- router trace; 0 – nr pakietu; message- wiadomość; 32- jej rozmiar; tcp – transmission control protocol; [ ] – pakiet IP (druga pozycja –ID MAC, trzecia – nr węzła nadawczego); pozostałe– porty, adresy i inne, np. TTL (time–to-live); fff...- liczba w ukladzie heksadecymalnym; M-mobile (w nawiasach –współrzędne x,y,z źródla i celu oraz prędkość ).
Udana próba kontaktu 1-0:
s 0.029290548 _1_ RTR --- 0 message 32 [0 0 0 0] ------- [1:255 -1:255 32 0]
r 0.030063250 _0_ RTR --- 0 message 32 [0 ffffffff 1 800] ---- [1:255 -1:255 32 0]
Przemieszczenia 0 i 1:
M 1.00000 0 (1.00, 1.00, 0.00), (25.00, 25.00), 40.00
M 1.00000 1 (150.00, 150.00, 0.00), (125.00, 125.00), 40.00
Kontakt 0-1:
s 1.119926192 _0_ RTR --- 1 message 32 [0 0 0 0] ------- [0:255 -1:255 32 0]
r 1.121058863 _1_ RTR --- 1 message 32 [0 ffffffff 0 800] ---- [0:255 -1:255 32 0]
Komunikacja:
s 2.000000000 _0_ RTR --- 2 tcp 60 [0 0 0 0] ------- [0:0 1:0 32 1] [0 0] 0 0
s 2.004970300 _1_ RTR --- 3 ack 60 [0 0 0 0] ------- [1:0 0:0 32 0] [0 0] 0 0
s 2.007107714 _0_ RTR 4 tcp 1060 [0 0 0 0] ------- [0:0 1:0 32 1] [1 0] 0 0
s 2.007107714 _0_ RTR 5 tcp 1060 [0 0 0 0] ------- [0:0 1:0 32 1] [2 0] 0 0
s 2.017105128 _1_ RTR -- 6 ack 60 [0 0 0 0] ------- [1:0 0:0 32 0] [1 0] 0 0
s 2.019162542 _0_ RTR --- 7 tcp 1060 [0 0 0 0] ------- [0:0 1:0 32 1] [3 0] 0 0
s 2.019162542 _0_ RTR --- 8 tcp 1060 [0 0 0 0] ------- [0:0 1:0 32 1] [4 0] 0 0
s 2.029479957 _1_ RTR --- 9 ack 60 [0 0 0 0] ------- [1:0 0:0 32 0] [2 0] 0 0
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
ewsie